银杏幼树响应盐胁迫的生理机制

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土壤盐分是影响植物生长发育的一个重要环境因子,研究银杏(Ginkgo biloba L.)对盐胁迫响应的生理机制不仅对解决NaCl等融雪剂导致银杏行道树生长衰弱甚至死亡这一问题具有重要意义,而且有利于在盐渍化区域扩大银杏种植面积。本研究以盆栽的三年生银杏实生幼树为材料,设置0(对照)、0.2%、0.4%、0.6%和0.8% NaCl浓度,研究NaCl胁迫后银杏幼树生长、光合作用、抗氧化系统指标、渗透调节系统指标、脯氨酸代谢关键酶以及蛋白质差异表达的规律,并利用主成分分析结合隶属函数分析方法综合评价了盐胁迫对银杏幼树的伤害程度,为进一步研究植物对盐胁迫响应机制提供了理论依据。主要结果如下:  (1)银杏幼树生长对盐胁迫响应灵敏。胁迫对幼树的伤害程度与盐浓度呈正相关,幼树株高和地径的相对生长量随盐浓度的增加逐渐下降。银杏叶片黄化程度随盐浓度的增加和胁迫时间的延长逐渐加剧。0.2%、0.4% NaCl处理的植株在胁迫初期(7和14天)外部形态无明显变化,仍可正常生长。复水后,NaCl处理浓度0.4%(含)以下的植株均存活,而0.6%(含)以上的植株均死亡,表明银杏具有一定的耐盐性。  (2)银杏幼树光合作用受盐胁迫的抑制,但抑制程度因盐浓度和胁迫持续时间不同而异。随盐浓度增加和胁迫时间的延长,银杏叶片叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率和气孔导度逐渐下降,所在整个处理时期的最低可分别为对照的47.9%、15.3%、12.5%、14.3%。胞间CO2浓度在盐处理7和14天随盐浓度增加而下降,在盐处理35天后表现上升趋势。随盐胁迫的持续,引起净光合速率下降的主要因素由气孔限制转变为非气孔限制。  (3)银杏幼树可通过提高自身抗氧化系统活性减轻盐胁迫的伤害。盐处理后,银杏叶片的相对电导率和丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量上升,其细胞膜的结构和功能受到损害。随盐浓度增加和胁迫时间的延长,叶片超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)和过氧化氢酶(catalasefrom micrococcus lysodeikticus,CAT)活性,谷胱甘肽(glutathione,GSH)和黄酮含量,对二苯基苦基苯肼(diphenyl picrylhydrazyl,DPPH)自由基的清除率均有不同程度的增加,所在整个处理时期的最高可分别达到对照的258.0%、410.4%、205.5%、198.5%、267.5%、140.1%。叶片对羟基自由基的清除率在盐处理7、14和35天随盐浓度增加而上升,在盐处理63天逐渐下降。盐处理后,银杏叶片类胡萝卜素含量呈下降趋势,其中0.8% NaCl处理63天的叶片类胡萝卜素含量最低,仅为0.36 mg·g-1。  (4)银杏幼树可通过增加渗透调节物质含量来抵御盐胁迫。0.4% NaCl处理的叶片可溶性蛋白含量最高,为1.06 mg· g-1。可溶性糖含量随盐浓度的升高和胁迫时间的延长呈先升后降趋势,而脯氨酸含量在盐胁迫后期显著增加。随盐胁迫的持续,银杏主要的渗透调节物质由可溶性蛋白转变为脯氨酸。盐胁迫时,△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(Δ1-pyrroline-5-carboxylate synthetase,P5CS)、鸟氨酸-δ-氨基转移酶(ornithine-δ-aminotransferase,δ-OAT)和脯氨酸脱氢酶(proline dehydrogenase,ProDH)与脯氨酸的积累具有一定的相关性。在此过程中,脯氨酸合成前期以谷氨酸(glutanate,Glu)途径为主,后期以鸟氨酸(ornithine,Orn)途径为主。  (5)盐胁迫时,银杏叶片中出现了85.4和35.2 KDa盐诱导蛋白质。同时一些蛋白质(55.6、30.0、70.5、54.7和42.2 KDa)上调表达,另一些蛋白质(25.0、33.0、28.2、24.5和22.3 KDa)下调表达。这些差异表达蛋白质的性质和作用有待进一步研究。
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